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JP5620794B2 - piston ring - Google Patents

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JP5620794B2
JP5620794B2 JP2010257540A JP2010257540A JP5620794B2 JP 5620794 B2 JP5620794 B2 JP 5620794B2 JP 2010257540 A JP2010257540 A JP 2010257540A JP 2010257540 A JP2010257540 A JP 2010257540A JP 5620794 B2 JP5620794 B2 JP 5620794B2
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章 飯島
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泰一 村田
倫浩 伊藤
倫浩 伊藤
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Description

本発明は、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面と摺動する内燃機関用低フリクションピストンリングに関する。   The present invention relates to a low friction piston ring for an internal combustion engine that slides on a cylinder liner or an inner wall surface of a cylinder.

温暖化をはじめとする環境問題が地球規模で大きくクローズアップされ、大気中のCO2削減に向けた内燃機関の燃費改善技術の開発が大きな課題となっており、その一環として、エンジン等に用いられる摺動部材の摩擦損失の低減が求められている。これに鑑み、近年において、耐摩耗性および耐焼付性に優れ、かつ、摩擦力の低減効果を最大限に発現することが可能な摺動部材の材料・表面処理・改質の技術の開発が進められている。 Environmental issues such as global warming have been greatly highlighted on a global scale, and the development of fuel efficiency improvement technology for internal combustion engines to reduce CO 2 in the atmosphere has become a major issue. Reduction of the friction loss of the sliding member is required. In view of this, in recent years, the development of sliding member materials, surface treatment, and modification technologies that are excellent in wear resistance and seizure resistance and that can maximize the effect of reducing frictional force have been developed. It is being advanced.

内燃機関の燃費改善など、シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させるためには摩擦損失の低減が有効である。特に、往復運動を行うピストンリングの外周摺動面と、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面との間における摩擦低減が有効である。ピストンリングとシリンダライナとの摩擦力を低減させる手段としては、ピストンリングの張力を下げることが考えられる。しかしながら、ピストンリングの張力を下げた場合には、シール性が低下し、潤滑油の消費量が拡大してしまうという問題があった。   In order to improve the energy efficiency of an apparatus using a cylinder, such as improvement of fuel consumption of an internal combustion engine, reduction of friction loss is effective. In particular, it is effective to reduce friction between the outer peripheral sliding surface of the piston ring that reciprocates and the cylinder liner or the inner wall surface of the cylinder. As a means for reducing the frictional force between the piston ring and the cylinder liner, it is conceivable to lower the tension of the piston ring. However, when the tension of the piston ring is lowered, there is a problem that the sealing performance is lowered and the consumption amount of the lubricating oil is increased.

このような状況下、潤滑油の消費量を抑えつつ、摩擦力を低減させることができるピストンリングについて種々の研究がなされており、特許文献1には、外周摺動面に微小なディンプルが形成されたピストンリングが提案されている。この提案は、ピストンリングの外周摺動面に、ディンプルを形成することで、ピストンリングの外周摺動面と、シリンダライナ内壁面との接触面積を減らし、摩擦力を低減させるものである。   Under such circumstances, various studies have been made on piston rings that can reduce frictional force while suppressing the consumption of lubricating oil. Patent Document 1 discloses that fine dimples are formed on the outer peripheral sliding surface. An improved piston ring has been proposed. In this proposal, dimples are formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring to reduce the contact area between the outer peripheral sliding surface of the piston ring and the inner wall surface of the cylinder liner, thereby reducing the frictional force.

また、特許文献2には、外周面に多数の溝が形成されたピストンリングや、複数のディンプルが形成されたピストンリングが提案されている。この提案は、溝やディンプルを外周面に形成することで、シリンダライナの内壁面に対する摺接性の向上、及び摩耗を逓減させるものである。   Patent Document 2 proposes a piston ring in which a large number of grooves are formed on the outer peripheral surface and a piston ring in which a plurality of dimples are formed. In this proposal, grooves and dimples are formed on the outer peripheral surface to improve the sliding contact with the inner wall surface of the cylinder liner and reduce wear.

特開2004−60873号公報JP 2004-60873 A 特開2010−38295号公報JP 2010-38295 A

しかしながら、上記特許文献1に提案されているピストンリングでは、ディンプルをどの程度形成するかについて、またディンプルの形成位置について何ら着目されておらず、また、特許文献2に提案されているピストンリングでは、ディンプルをどの程度形成するかについて、上面側よりも下面側のディンプルの数を少なくすることの開示がされているのみであって、その他のディンプルの面積率や、大きさ等については検討がされていない。例えば、外周摺動面にディンプルを過剰に形成した場合には、摩擦力、ガスシール、オイルシール機能が低下し、スカッフ等の問題が生ずる可能性が高くなる。   However, the piston ring proposed in Patent Document 1 does not pay attention to how much the dimples are formed and the position of the dimples. In the piston ring proposed in Patent Document 2, However, it is only disclosed that the number of dimples to be formed is to reduce the number of dimples on the lower surface side than the upper surface side, and the area ratio, size, etc. of other dimples have been studied. It has not been. For example, when dimples are excessively formed on the outer peripheral sliding surface, the frictional force, gas seal, and oil seal functions are lowered, and there is a high possibility that problems such as scuffing will occur.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、耐スカッフ性等の摺動特性に優れ、摩擦係数を小さくして内燃機関の低フリクション化の要求に応えることができ、かつガスシール、オイルシール機能を低下させることのないピストンリングを提供することを主たる課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, has excellent sliding characteristics such as scuff resistance, can reduce the coefficient of friction to meet the demand for low friction of an internal combustion engine, and is a gas seal. The main object is to provide a piston ring that does not deteriorate the oil seal function.

上記課題を解決するための本発明は、ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面と摺動する内燃機関用ピストンリングであって、ピストンリングの外周摺動面のうち、ピストンリングのバレル幅領域には、微小な凹部が複数形成されており、前記バレル幅領域において前記凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積が、前記凹部形成前のバレル幅領域の全面積を100%としたときの20〜85%の範囲内であり、前記バレル幅領域の軸方向切断面のすべてには、前記凹部非形成領域が存在しており、前記ピストンリングが前記ピストンのリング溝に装着され、該ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、前記シリンダの中心軸と合口部の外周端部とを通る直線を基準線とした場合、前記中心軸を中心に前記基準線とのなす角が1°未満の範囲の前記バレル幅領域には、前記凹部が形成されていないことを特徴とする。 The present invention for solving the above problems is a piston ring for an internal combustion engine that is mounted in a ring groove of a piston and slides against a cylinder liner or an inner wall surface of the cylinder, A plurality of minute recesses are formed in the barrel width region of the ring, and the area of the recess non-formation region where the recess is not formed in the barrel width region is the total area of the barrel width region before the recess formation. It is within a range of 20 to 85% when 100% is set, and the concave portion non-formation region exists in all of the axial cut surfaces of the barrel width region, and the piston ring is a ring groove of the piston. In the state where the piston is incorporated in the cylinder, when the straight line passing through the central axis of the cylinder and the outer peripheral end of the joint portion is used as a reference line, the central axis is The said barrel width region ranging angle of less than 1 ° with the reference line on the heart, wherein the concave portion is not formed.

また、前記凹部非形成領域には、硬質皮膜が形成されていてもよい。   Moreover, the hard film | membrane may be formed in the said recessed part non-formation area | region.

また、前記外周摺動面の軸方向下端部にまたがらないように、前記凹部が形成されていてもよく、前記ピストンリングの下端部が面取りされている場合において、該面取りされている部分にまたがらないように、前記凹部が形成されていてもよい。   Further, the recess may be formed so as not to straddle the lower end portion in the axial direction of the outer peripheral sliding surface, and when the lower end portion of the piston ring is chamfered, the chamfered portion is formed. The recess may be formed so as not to straddle.

本発明のピストンリングによれば、凹部非形成領域の面積が上記の範囲内となるようにバレル幅領域に凹部が形成されていることから、低フリクションの要求を十分に満たすことができる。また、バレル幅領域の軸方向切断面の全てには、凹部非形成領域が存在していることからも、同様に、ガスシール、オイルシール機能を低下させることもない。   According to the piston ring of the present invention, since the concave portion is formed in the barrel width region so that the area of the non-recessed region is within the above range, the requirement for low friction can be sufficiently satisfied. Further, since there is a recess-unformed region on all the axial cut surfaces of the barrel width region, the gas seal and oil seal functions are not lowered in the same manner.

本発明のピストンリングのバレル幅領域を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the barrel width area | region of the piston ring of this invention. 本発明のピストンリングにおける合口部近傍のピストンリングの外周からみた拡大斜視図である。It is the expansion perspective view seen from the outer periphery of the piston ring of the joint part vicinity in the piston ring of this invention. 本発明のピストンリングにおける合口部近傍のピストンリングの外周からみた概略展開図である。It is a general | schematic expanded view seen from the outer periphery of the piston ring of the piston ring of this invention near the abutment part. 本発明のピストンリングにおける合口部近傍のピストンリングの外周からみた概略展開図である。It is a general | schematic expanded view seen from the outer periphery of the piston ring of the piston ring of this invention near the abutment part. 図5(a)は、シリンダ中心軸Oと、中心角との関係を示す概略図であり、図5(b)は、中心角1°未満の範囲内のバレル幅領域に凹部が形成されていないピストンリングを示す合口部近傍のピストンリングの外周からみた概略展開図である。FIG. 5A is a schematic diagram showing the relationship between the cylinder center axis O and the center angle, and FIG. 5B shows that a recess is formed in the barrel width region within a range of less than 1 ° of the center angle. It is a general | schematic expanded view seen from the outer periphery of the piston ring of the joint part vicinity which shows a non-piston ring. 外周摺動面の全面に凹部が形成された本発明のピストンリングにおける合口部近傍のピストンリングの外周からみた概略展開図である。It is the general | schematic expanded view seen from the outer periphery of the piston ring of the piston ring vicinity of the present invention in which the recessed part was formed in the whole surface of the outer periphery sliding surface. 本発明のピストンリングのピストンリングの外周からみた下端部近傍を示す概略展開図である。It is a general | schematic expanded view which shows the lower end part vicinity seen from the outer periphery of the piston ring of the piston ring of this invention. 本発明のピストンリングに形成される凹部の形状の例を示す概略展開図である。It is a general | schematic expanded view which shows the example of the shape of the recessed part formed in the piston ring of this invention. 本発明のシリンダに形成される凹部の寸法位置を説明する概略展開図および概略断面図である。It is the general | schematic expanded view and schematic sectional drawing explaining the dimension position of the recessed part formed in the cylinder of this invention. 本発明の実施例で用いられたマスキング板の開口部を示す概略図である。It is the schematic which shows the opening part of the masking board used in the Example of this invention. 本発明の実施例における往復動摩擦を測定するために用いられた装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the apparatus used in order to measure the reciprocating friction in the Example of this invention. 本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result in the Example of this invention. 本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result in the Example of this invention.

本発明のピストンリングは、ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面を摺動する内燃機関用ピストンリングであって、ピストンリングの外周摺動面のうち、ピストンリングのバレル幅領域には、微小な凹部が複数形成されており、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積が、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を100%としたときの20〜85%の範囲内であり、バレル幅領域の軸方向切断面のすべてには、凹部非形成領域が存在していることを特徴とする。   A piston ring according to the present invention is a piston ring for an internal combustion engine that is mounted in a ring groove of a piston and slides on a cylinder liner or an inner wall surface of the cylinder, and of the outer peripheral sliding surface of the piston ring, the barrel width of the piston ring A plurality of minute recesses are formed in the region, and the area of the recess non-formation region in which no recess is formed in the barrel width region is 20 when the total area of the barrel width region before the recess formation is 100%. It is within a range of ˜85%, and there is a recess non-formation region in all of the axial cut surfaces of the barrel width region.

本発明におけるピストンリングのバレル幅領域とは、JIS B 8032−6(1998)に示される符号h8を意味する。また、図1に示すようにバレルフェースレクタンギュラリングの場合には、外周摺動面200の全てがバレル幅領域100とはならず、外周摺動面200のうち、図中のX部分がバレル幅領域100となる。なお、図1は、ピストンリング10のバレル幅領域100を説明するための概略断面図である。以下、バレル形状の外周摺動面200を有し、外周摺動面の軸方向上端部及び下端部が面取りされたピストンリングを中心に説明を行うが、本発明はこの形態に限定されるものではない。   The barrel width region of the piston ring in the present invention means the symbol h8 shown in JIS B 8032-6 (1998). Further, in the case of barrel face rectangular ring as shown in FIG. 1, the entire outer peripheral sliding surface 200 does not become the barrel width region 100. It becomes the barrel width region 100. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a barrel width region 100 of the piston ring 10. Hereinafter, the description will focus on a piston ring that has a barrel-shaped outer peripheral sliding surface 200 and whose upper and lower ends in the axial direction of the outer peripheral sliding surface are chamfered. However, the present invention is limited to this embodiment. is not.

本発明のピストンリング本体の材質については、特に限定されることはなくいかなる材質も用いることができる。例えば、その材質としては、主にスチール(鋼材)を用いることができ、またステンレス鋼としては、SUS440、SUS440B、SUS410、SUS420、SUS304等、あるいは8Cr鋼、10Cr鋼、SWOSC−V、SWRH材などを用いることができる。また、窒化処理を行なった鋼材を用いてもよい。ピストンリングの種類としては、いわゆる圧力リングとして機能するトップリングはもとより、同じ圧力リングであるセカンドリングに用いることもできる。   The material of the piston ring body of the present invention is not particularly limited, and any material can be used. For example, steel (steel material) can be mainly used as the material, and as stainless steel, SUS440, SUS440B, SUS410, SUS420, SUS304 or the like, or 8Cr steel, 10Cr steel, SWOSC-V, SWRH material, etc. Can be used. Moreover, you may use the steel material which performed the nitriding process. As a kind of piston ring, not only a top ring that functions as a so-called pressure ring but also a second ring that is the same pressure ring can be used.

次に、図2〜図4を参照して本発明のピストンリングのバレル幅領域100に形成された凹部3について説明する。なお、図2は、本発明のピストンリングをピストンリングの外周からみたときの合口部近傍の一例を示す拡大斜視図であり、図3、図4は、本発明のピストンリングをピストンリングの外周からみたときの合口部近傍の一例を示す概略展開図である。   Next, the recessed part 3 formed in the barrel width area | region 100 of the piston ring of this invention with reference to FIGS. 2 is an enlarged perspective view showing an example of the vicinity of the joint when the piston ring of the present invention is viewed from the outer periphery of the piston ring, and FIGS. 3 and 4 show the piston ring of the present invention in the outer periphery of the piston ring. It is a general | schematic expanded view which shows an example of the joint part vicinity when it sees.

図2に示すように、本発明のピストンリング10のバレル幅領域100には、微小な凹部3が複数形成されている。この構成により、ピストンリング10と、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面との間の往復動摩擦力を低減させることができる。   As shown in FIG. 2, a plurality of minute recesses 3 are formed in the barrel width region 100 of the piston ring 10 of the present invention. With this configuration, the reciprocating frictional force between the piston ring 10 and the cylinder liner or the inner wall surface of the cylinder can be reduced.

さらに、本発明のピストンリング10は、バレル幅領域100において凹部3が形成されていない凹部非形成領域4の面積が、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を100%としたときの20〜85%の範囲内であり、バレル幅領域100のリング軸方向切断面のすべてには、凹部非形成領域4が存在している。なお、凹部非形成領域4とは、バレル幅領域100内において凹部3が形成されていない部分の領域である。   Furthermore, in the piston ring 10 of the present invention, the area of the non-recessed region 4 where the recess 3 is not formed in the barrel width region 100 is 20 to 20% when the total area of the barrel width region before forming the recess is 100%. Within the range of 85%, the recess non-formation region 4 exists in all of the cut surfaces in the ring axis direction of the barrel width region 100. In addition, the recessed part non-formation area | region 4 is an area | region of the part in which the recessed part 3 is not formed in the barrel width area | region 100. FIG.

上記の特徴を有する本発明のピストンリング10によれば、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面との間の往復動摩擦力低減効果を維持しつつ、スカッフ等の問題が生ずることを防止することができる。なお、凹部非形成領域4の面積が20%未満である場合(凹部が占める割合が多い場合)には、接触面積が小さすぎることによって、摺動部の面圧が著しく高くなり、摩擦力が増加してしまう。一方、凹部非形成領域4の面積が85%を超える場合(凹部が占める割合が少ない場合)には、凹部3を形成することによる効果を十分に得ることができない。また、バレル幅領域100のリング軸方向切断面のすべてに、凹部非形成領域4が存在していない場合には、シール性(気密性)が著しく低下することとなる。   According to the piston ring 10 of the present invention having the above-described features, it is possible to prevent problems such as scuffing while maintaining the effect of reducing the reciprocating frictional force between the cylinder liner and the inner wall surface of the cylinder. In addition, when the area of the recessed part non-formation area | region 4 is less than 20% (when the ratio which a recessed part occupies is large), the surface pressure of a sliding part will become remarkably high and a frictional force will be because a contact area is too small. It will increase. On the other hand, when the area of the recess non-formation region 4 exceeds 85% (when the ratio of the recesses is small), the effect of forming the recesses 3 cannot be sufficiently obtained. Moreover, when the recessed part non-formation area | region 4 does not exist in all the ring axial direction cut surfaces of the barrel width area | region 100, a sealing performance (airtightness) will fall remarkably.

本発明のピストンリング10は、バレル幅領域100のリング軸方向切断面のすべてに、凹部非形成領域4が存在することを必須の要件とするものであり、この要件を満たすように、バレル幅領域100には、複数の凹部3が形成されている。   The piston ring 10 of the present invention has an essential requirement that the recess-unformed region 4 be present on all the cutting surfaces in the ring axial direction of the barrel width region 100, and the barrel width is set so as to satisfy this requirement. In the region 100, a plurality of recesses 3 are formed.

上記の要件を満たす方法について特に限定はなく、例えば、図3(a)に示すように、バレル幅領域100内に、バレル幅領域のリング軸方向長さ(L1)よりも、リング軸方向長さの短い凹部3を形成する場合には、該凹部3の形成位置にかかわらず、バレル幅領域100のリング軸方向切断面に、凹部非形成領域4を存在させることができる。   The method for satisfying the above requirements is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 3A, the length in the ring axis direction is longer than the length in the ring axis direction (L1) of the barrel width region in the barrel width region 100. When the short recess 3 is formed, the recess non-formation region 4 can be present on the ring axis direction cut surface of the barrel width region 100 regardless of the formation position of the recess 3.

なお、図3(a)は、バレル幅領域100内の全面にバレル幅領域のリング軸方向長さ(L1)よりも、リング軸方向長さの短い凹部3が形成されたピストンリングの一例であるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、図3(b)に示すように、上記の要件を満たす範囲で、バレル幅領域100のうち、バレル頂点に近い領域に凹部3を集中して形成することもできる。また、上記の要件を満たす範囲でバレル幅領域100内に凹部3が形成されていれば、図3(c)に示すように、バレル幅領域100内のみならず、外周摺動面200の全面に凹部3を形成することもできる。   FIG. 3A is an example of a piston ring in which the concave portion 3 having a shorter length in the ring axis direction than the length (L1) in the ring width direction of the barrel width region is formed on the entire surface in the barrel width region 100. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, as shown in FIG. 3B, the recesses 3 can be formed in a concentrated manner in a region near the barrel apex in the barrel width region 100 within a range that satisfies the above requirements. Further, if the concave portion 3 is formed in the barrel width region 100 within a range that satisfies the above requirements, as shown in FIG. 3C, not only the barrel width region 100 but also the entire outer peripheral sliding surface 200. A recess 3 can also be formed in

一方、バレル幅領域100に、バレル幅領域100のリング軸方向長さよりも、リング軸方向長さの長い凹部3bを形成すると、図4に示すように、バレル幅領域100のリング軸方向切断面が、1つの凹部3bによって貫通してしまい、バレル幅領域100のリング軸方向切断面に凹部非形成領域4を存在させることができなくなり、シール性が著しく低下する。   On the other hand, when the concave portion 3b having a longer ring axis direction length than the barrel width region 100 length is formed in the barrel width region 100, as shown in FIG. However, it penetrates by one recessed part 3b, and it becomes impossible to make the recessed part non-formation area | region 4 exist in the ring-axis direction cutting surface of the barrel width area | region 100, and a sealing performance falls remarkably.

バレル幅領域100に形成される凹部の個数、および凹部の形状等について特に限定はないが、少なくとも、バレル幅領域100の凹部3が形成されていない凹部非形成領域4の面積が、凹部3が形成されていないとした場合のバレル幅領域の全面積の20〜85%の範囲内となるように、凹部の個数、形状を調節することが必要である。   The number of recesses formed in the barrel width region 100, the shape of the recesses, and the like are not particularly limited, but at least the area of the recess non-formed region 4 where the recesses 3 of the barrel width region 100 are not formed is It is necessary to adjust the number and shape of the recesses so that they are within a range of 20 to 85% of the total area of the barrel width region when not formed.

また、エンジンによって異なるが、凹部3は、バレル幅に対してバレル頂点より8〜50%の範囲内に形成されることが好ましく、8〜25%の範囲内がより好ましい。バレル頂点に近い位置に凹部3を形成することで、初期摺動時において、十分に摩擦力低減効果が得られ、ピストンリングの外周摺動面とシリンダ内壁面とのシール機能をコントロールすることができる。なお、バレル頂点とは、対称バレルにおいてはリング軸方向の中央部分であり、偏心バレルにおいてはリング軸方向の径方向長さが最大となる部分である。   Moreover, although it changes with engines, it is preferable that the recessed part 3 is formed in the range of 8-50% from the barrel top with respect to a barrel width, and the inside of the range of 8-25% is more preferable. By forming the recess 3 at a position close to the top of the barrel, it is possible to sufficiently reduce the frictional force during the initial sliding, and to control the sealing function between the outer peripheral sliding surface of the piston ring and the inner wall surface of the cylinder. it can. The barrel apex is a central portion in the ring axis direction in a symmetric barrel, and a portion having a maximum radial length in the ring axis direction in an eccentric barrel.

また、図5(a)、(b)に示すように、凹部3は、ピストンリングがピストンに装着され、ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、シリンダの中心軸(O)と合口部の外周端部(S)とを通る直線を基準線(P)とした場合、中心軸(O)を中心に基準線(P)とのなす角が1°未満の範囲のバレル幅領域(100Q)には、凹部3が形成されていないことが好ましい。この範囲のバレル幅領域(100Q)に凹部3を形成しないことにより、合口部の過度の面圧上昇によるスカッフ等の問題が生ずる可能性を低減させることができる。なお、図5(a)は、シリンダ中心軸(O)、基準線(P)、基準線(P)とのなす角との関係を示す概略図であり、図5(b)は、シリンダの中心軸(O)と合口部の外周端部(S)とを通る直線を基準線(P)とした場合、中心軸(O)を中心に基準線(P)とのなす角が1°未満の範囲のバレル幅領域(100Q)に凹部3が形成されていないピストンリングを示す合口部近傍をピストンリング外周からみたときの概略展開図である。   Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the recess 3 is formed so that the piston ring is mounted on the piston and the piston is incorporated in the cylinder, and the outer peripheral end of the center axis (O) of the cylinder and the joint portion. When the straight line passing through the section (S) is the reference line (P), the barrel width region (100Q) in the range where the angle between the reference line (P) and the center axis (O) is less than 1 ° The recess 3 is preferably not formed. By not forming the recess 3 in the barrel width region (100Q) within this range, the possibility of problems such as scuffing due to an excessive increase in surface pressure at the joint can be reduced. FIG. 5A is a schematic diagram showing the relationship between the cylinder center axis (O), the reference line (P), and the angle formed by the reference line (P), and FIG. When the straight line passing through the central axis (O) and the outer peripheral end (S) of the joint portion is defined as the reference line (P), the angle between the central axis (O) and the reference line (P) is less than 1 °. It is a general | schematic expansion | deployment figure when seeing the abutment part vicinity which shows the piston ring in which the recessed part 3 is not formed in the barrel width area | region (100Q) of the range of from the piston ring outer periphery.

また、ピストン摺動時には、燃焼圧がピストンリング上面よりかかり、ピストンリング下面側に応力集中が起きやすくなる。そうすると、図7(c)に示すように凹部3を外周摺動面の軸方向下端部にまたがるように形成した場合には、この凹部3を起点としてピストンリングが折損しやすくなる。このような点を考慮すると、図7(a)に示すように凹部3は外周摺動面の軸方向下端部にまたがるように形成されていないことが好ましい。また、図7(d)に示すように外周摺動面下端部に接するように面取り部が形成されている場合において、この面取り部にまたがるように凹部3が形成されている場合には、この凹部3を起点としてピストンリングが折損しやすくなる。このような点を考慮すると、図7(b)に示すように凹部3は面取り部にまたがるように形成されていないことが好ましい。なお、図7(a)〜(d)は、ピストンリングの外周摺動面の軸方向下端部近傍に形成された凹部を示す概略展開図である。   Further, when the piston slides, combustion pressure is applied from the upper surface of the piston ring, and stress concentration tends to occur on the lower surface side of the piston ring. Then, as shown in FIG. 7C, when the concave portion 3 is formed so as to straddle the lower end portion in the axial direction of the outer peripheral sliding surface, the piston ring is easily broken from the concave portion 3 as a starting point. Considering such points, it is preferable that the recess 3 is not formed so as to straddle the lower end in the axial direction of the outer peripheral sliding surface as shown in FIG. Further, when the chamfered portion is formed so as to contact the lower end portion of the outer peripheral sliding surface as shown in FIG. 7D, when the concave portion 3 is formed so as to straddle the chamfered portion, The piston ring is easily broken from the recess 3 as a starting point. Considering such points, it is preferable that the recess 3 is not formed so as to straddle the chamfered portion as shown in FIG. 7A to 7D are schematic development views showing a recess formed in the vicinity of the lower end portion in the axial direction of the outer peripheral sliding surface of the piston ring.

また、本態様において、ピストンリングのバレル幅領域に形成される凹部の正面形状(ピストンリング周方向に展開した面)は特に限定されるものではなく、当該凹部の配置等に応じて適宜調整することができる。例えば、図8(a)〜(j)に例示するように、直線および/または曲線から構成される形状の凹部を形成することができる。凹部は、図8(a)〜(c)のような横長の形状でも、図8(d)〜(g)のような縦長の形状でも、図8(h)〜(j)のような縦対横の比率がほぼ等しい形状でもよい。   Moreover, in this aspect, the front shape (surface developed in the circumferential direction of the piston ring) of the concave portion formed in the barrel width region of the piston ring is not particularly limited, and is appropriately adjusted according to the arrangement of the concave portion and the like. be able to. For example, as illustrated in FIGS. 8A to 8J, a concave portion having a shape constituted by a straight line and / or a curved line can be formed. The concave portions may be horizontally long as shown in FIGS. 8A to 8C, vertically long as shown in FIGS. 8D to 8G, or vertically as shown in FIGS. 8H to 8J. A shape with a substantially equal ratio of width to width may be used.

また、凹部の周方向平均長さは、0.01mm〜5mmの範囲内が好ましく、0.01mm〜0.3mmの範囲内が特に好ましい。周方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、周方向平均長さがこの範囲を超える場合は、ピストンリングが変形する等の不具合が発生する場合がある。   The average circumferential length of the recesses is preferably in the range of 0.01 mm to 5 mm, and particularly preferably in the range of 0.01 mm to 0.3 mm. When the circumferential average length is less than this range, the effect of forming the recess may not be sufficiently obtained. On the other hand, when the circumferential average length exceeds this range, problems such as deformation of the piston ring may occur.

本態様においては、凹部の径方向平均長さは、0.1μm〜100μmの範囲内が好ましく、0.5μm〜30μmの範囲内がさらに好ましい。凹部の径方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、径方向平均長さがこの範囲を超える場合は、加工が困難であり、また、ピストンリングの径方向平均長さを長くする(肉厚を厚くする)必要がある等の不具合が生じる場合がある。なお、凹部の径方向平均長さは、凹部内周面がバレル幅領域よりも突出することがないように適宜設定する必要がある。   In this aspect, the average radial length of the recesses is preferably in the range of 0.1 μm to 100 μm, and more preferably in the range of 0.5 μm to 30 μm. If the average radial length of the recess is less than this range, the effect of forming the recess may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the radial average length exceeds this range, processing is difficult, and problems such as the need to increase the radial average length of the piston ring (thickening the wall thickness) occur. There is a case. In addition, it is necessary to set the radial direction average length of a recessed part suitably so that a recessed part inner peripheral surface may not protrude from a barrel width area | region.

また、本態様においては、隣り合う凹部間の周方向平均長さ(凹部非形成領域の周方向平均長さ)は、0.1mm〜15mmの範囲内が好ましく、0.3mm〜5mmの範囲内が特に好ましい。隣り合う凹部間の周方向平均長さ(凹部非形成領域の周方向平均長さ)がこの範囲に満たない場合には、ピストンリングとシリンダの内壁面とが安定して摺動できない可能性がある。一方で、この範囲を超える場合には、凹部を形成した効果が十分に得られない可能性がある。   In this embodiment, the average length in the circumferential direction between adjacent recesses (the average length in the circumferential direction of the non-recessed region) is preferably in the range of 0.1 mm to 15 mm, and in the range of 0.3 mm to 5 mm. Is particularly preferred. If the average length in the circumferential direction between adjacent recesses (the average length in the circumferential direction of the non-recessed area) is less than this range, there is a possibility that the piston ring and the inner wall surface of the cylinder cannot slide stably. is there. On the other hand, when it exceeds this range, the effect of forming the recess may not be sufficiently obtained.

なお、本態様において上述した凹部の各平均長さは、図9に例示する各箇所の平均長さを意味するものとする。図9(a)は、バレル幅領域におけるピストンリングの軸方向を図面の上下方向に示した概略展開図である。また、図9(b)は、バレル幅領域の、周方向における概略断面図である。前記凹部の軸方向平均長さとは、図9(a)に例示するように、ピストンリング軸方向における、凹部の長さの平均である。   In addition, each average length of the recessed part mentioned in this aspect shall mean the average length of each location illustrated in FIG. FIG. 9A is a schematic development view showing the axial direction of the piston ring in the barrel width region in the vertical direction of the drawing. FIG. 9B is a schematic cross-sectional view in the circumferential direction of the barrel width region. The axial average length of the concave portion is an average length of the concave portion in the piston ring axial direction as illustrated in FIG. 9A.

また、上記凹部の周方向平均長さとは、図9(a)に例示するように、シリンダ周方向における、凹部の長さの平均である。図9(b)に例示するように、前記凹部の周方向平均長さとは、凹部によって形成される開口領域における長さの平均を意味する。   Moreover, the circumferential direction average length of the said recessed part is an average of the length of the recessed part in a cylinder circumferential direction so that it may illustrate in Fig.9 (a). As illustrated in FIG. 9B, the average length in the circumferential direction of the recess means an average length in the opening region formed by the recess.

また、上記凹部の径方向平均長さとは、図9(b)に例示するように、凹部の底面から凹部非形成領域までの長さの平均である。また、上記凹部間の周方向平均長さ(凹部非形成領域の平均長さ)とは、図9(a)および(b)に例示するように、隣り合う凹部の間隔の平均である。   Moreover, the radial direction average length of the said recessed part is the average of the length from the bottom face of a recessed part to a recessed part non-formation area | region so that it may illustrate in FIG.9 (b). Moreover, the circumferential direction average length between the said recessed parts (average length of a recessed part non-formation area | region) is the average of the space | interval of an adjacent recessed part so that it may illustrate in FIG.9 (a) and (b).

本態様においては、ピストンリングと、シリンダライナの内壁面との往復動摩擦力低減の観点から、凹部非形成領域4の十点平均粗さ(Rz)は、3.2μm以下であることが好ましく、1.6μm以下であることが特に好ましい。なお、上記十点平均粗さRzとは、JIS B0601−1994にて規定されているものである。   In this aspect, from the viewpoint of reducing the reciprocating frictional force between the piston ring and the inner wall surface of the cylinder liner, the ten-point average roughness (Rz) of the non-recessed region 4 is preferably 3.2 μm or less. Particularly preferably, it is 1.6 μm or less. The ten-point average roughness Rz is defined in JIS B0601-1994.

(凹部の形成方法)
本態様のバレル幅領域に形成される凹部の形成方法については、特に限定されることはなく、上述した各条件を満たす凹部を形成することができれば、いかなる方法をも採用することができる。
(Method for forming recesses)
The method for forming the recess formed in the barrel width region of this aspect is not particularly limited, and any method can be adopted as long as the recess satisfying the above-described conditions can be formed.

例えば、マスキングした後、砥粒を吹き付けることにより凹部を形成するブラスト加工法や、マスキングした後、腐食溶液につけ込むことにより凹部を形成する方法、さらには、凸版印刷において、インクの代わりに腐食液を使用した腐食加工方法などを採用することができる。   For example, a blasting method for forming recesses by spraying abrasive grains after masking, a method for forming recesses by masking and then applying to a corrosive solution, and a relief liquid instead of ink in letterpress printing Corrosion processing method using can be adopted.

また、ピストンリングのバレル幅領域に各種PVD法、CVD法等の硬質皮膜処理によって硬質皮膜を形成した後に、上記の方法で凹部を形成する方法を採用することもできる。この方法によれば、凹部非形成領域4に硬質皮膜が形成されることから、凹部非形成領域4の耐摩耗性を向上させることができる。また、硬質皮膜としてPVD皮膜、CVD皮膜を形成、または、PVD皮膜、又はCVD皮膜上にDLC(ダイヤモンド・ライク・カーボン)皮膜を形成し、その後に上記の方法で凹部を形成する方法を採用してもよい。DLC皮膜は、低摩擦であることから、摩擦力を更に低減させることができる。   Moreover, after forming a hard film in the barrel width area | region of a piston ring by hard film processes, such as various PVD methods and CVD method, the method of forming a recessed part with said method is also employable. According to this method, since the hard film is formed in the recess non-formation region 4, the wear resistance of the recess non-formation region 4 can be improved. Also, a PVD film or CVD film is formed as a hard film, or a DLC (Diamond Like Carbon) film is formed on the PVD film or CVD film, and then a recess is formed by the above method. May be. Since the DLC film has low friction, the frictional force can be further reduced.

また、本態様のピストンリングにおいては、最終的にバレル幅領域に凹部が形成されていればよく、必ずしも、製造工程においてピストンリング表面を除去することに凹部とする必要はなく、逆にピストンリング表面に凸部(凹部非形成領域4)を形成することにより、結果として当該凸部(凹部非形成領域4)が形成されなかった部分を凹部としてもよい。この場合、具体的には、所定のマスキングした後、各種PVD法やCVD法によって硬質皮膜を凸部(凹部非形成領域4)として形成する方法を用いることができる。   Further, in the piston ring of this aspect, it is only necessary that a concave portion is finally formed in the barrel width region, and it is not always necessary to use the concave portion for removing the piston ring surface in the manufacturing process. By forming a convex portion (recessed portion non-forming region 4) on the surface, a portion where the convex portion (recessed portion non-forming region 4) is not formed as a result may be set as a concave portion. In this case, specifically, after predetermined masking, a method of forming a hard film as a convex portion (a concave portion non-formation region 4) by various PVD methods or CVD methods can be used.

(凹部非形成領域の表面処理)
また、上記で説明したようにバレル幅領域100に凹部3を形成したときには、ピストンリング外周面圧が増加することから、ピストンリング外周面の摩耗が促進することとなる。また、ピストンリングが往復動する際の、上死点停止位置、及び下死点停止位置においては摩擦力が増大する傾向となる。このような点を考慮すると、凹部非形成領域4には、ピストンリング外周面の摩擦力を低減させ、上死点停止位置、及び下死点停止位置における摩擦力を低減させるための表面処理が施されていることが好ましい。このような表面処理としては、凹部非形成領域4に、硬質皮膜である耐摩耗性、低摩擦のDLC(ダイヤモンド・ライク・カーボン)皮膜や、耐摩耗性の高いPVD皮膜を形成する方法を挙げることができる。特に、本発明においては、凹部非形成領域4上に、Cr−Ni系やTi−Ni系等のPVD皮膜を形成し、このPVD皮膜上にDLC皮膜を形成する表面処理が好ましい。また、バレル幅領域100は、ピストン摺動にともない、摺動面は、徐々に径方向に広がることから、外周摺動面200にも、上記の表面処理が施されていることが好ましい。なお、上記で説明したように、ピストンリングのバレル幅領域に硬質皮膜を形成した後に凹部を形成する場合や、硬質皮膜で凸部(凹部非形成領域4)を形成する場合には当該処理は不要である。
(Surface treatment of non-recessed area)
Moreover, when the recessed part 3 is formed in the barrel width area | region 100 as demonstrated above, since piston ring outer peripheral surface pressure increases, abrasion of a piston ring outer peripheral surface will be accelerated | stimulated. Further, the frictional force tends to increase at the top dead center stop position and the bottom dead center stop position when the piston ring reciprocates. In consideration of such points, surface treatment for reducing the frictional force at the outer peripheral surface of the piston ring and reducing the frictional force at the top dead center stop position and the bottom dead center stop position is provided in the non-recessed region 4. It is preferable that it is given. Examples of such surface treatment include a method of forming a hard coating, a low friction DLC (diamond-like carbon) coating or a highly wear resistant PVD coating on the non-recessed region 4. be able to. In particular, in the present invention, a surface treatment in which a PVD film such as Cr—Ni or Ti—Ni is formed on the non-recessed region 4 and a DLC film is formed on the PVD film is preferable. In the barrel width region 100, the sliding surface gradually expands in the radial direction as the piston slides. Therefore, it is preferable that the outer peripheral sliding surface 200 is also subjected to the above surface treatment. As described above, when forming a recess after forming a hard coating in the barrel width region of the piston ring, or when forming a projection (depressed portion non-forming region 4) with a hard coating, It is unnecessary.

(凹部内周面の表面処理)
また、摺動時に潤滑油は凹部内周面で保持される。ここで、凹部内周面に保持された潤滑油が酸化劣化した場合には、炭素を主成分とする煤が生成され、発生した煤が凹部内周面に付着し、次いで、凹部内周面に付着した煤を起点として徐々に凹部内に煤が堆積していく。煤が堆積することで凹部が目詰まりをおこした場合には、ピストンリングとシリンダライナとの接触面積が増大してしまい凹部を形成することにより発揮される往復動摩擦の低減効果を長期にわたって維持することができなくなる。
(Surface treatment of the inner peripheral surface of the recess)
Also, the lubricating oil is held on the inner peripheral surface of the recess during sliding. Here, when the lubricating oil retained on the inner peripheral surface of the recess is oxidized and deteriorated, soot containing carbon as a main component is generated, and the generated soot adheres to the inner peripheral surface of the recess, and then the inner peripheral surface of the recess From the soot adhering to the starting point, soot gradually accumulates in the recess. When crevice clogs due to accumulation of soot, the contact area between the piston ring and the cylinder liner increases, and the effect of reducing the reciprocating friction exhibited by forming the crevice is maintained over a long period of time. I can't do that.

このような点を考慮すると、凹部内表面には、潤滑油が長期にわたって保持されることを防止するための表面処理が施されていることが好ましい。このような表面処理としては、撥油性を有する樹脂を凹部内にコーティングする方法や、凹部内表面にリン酸塩皮膜を生成させるリン酸塩皮膜処理を挙げることができる。リン酸塩皮膜処理とは、リン酸塩の処理液を用いて金属の表面に化学的にリン酸塩皮膜を生成させる化成処理をいう。また、撥油性を有する樹脂としては、例えば、フッ素樹脂等を挙げることができる。   Considering such points, it is preferable that the inner surface of the recess is subjected to a surface treatment for preventing the lubricating oil from being retained for a long period of time. Examples of such a surface treatment include a method of coating a resin having oil repellency in the recess and a phosphate film treatment for forming a phosphate film on the surface of the recess. The phosphate film treatment refers to a chemical conversion treatment that chemically forms a phosphate film on the surface of a metal using a phosphate treatment solution. Moreover, as resin which has oil repellency, a fluororesin etc. can be mentioned, for example.

以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.

以下の方法によりバレル幅領域に凹部が形成されたピストンリングを加工した。   A piston ring having a recess formed in the barrel width region was processed by the following method.

<ピストンリングの加工>
(加工前のピストンリングの準備)
以下の性状を有する凹部加工前のピストンリングを準備した。
材質:SUS410J1
形状:バレル形状
外径(D):95.4mm
軸方向高さ(h1):2mm
径方向幅(a1):2.55mm
上下面面取り:0.2mm
バレル幅領域100軸方向長さ:1.2mm
<Processing of piston ring>
(Preparation of piston ring before processing)
The piston ring before the recessed part process which has the following properties was prepared.
Material: SUS410J1
Shape: Barrel shape Outer diameter (D): 95.4mm
Axial height (h1): 2 mm
Radial width (a1): 2.55mm
Top and bottom chamfering: 0.2mm
Barrel width region 100 axial length: 1.2 mm

このピストンリングに550℃で5時間ガス窒化を施し、その後外周摺動面にCr−B−N皮膜を30μm被覆した。ビッカース硬さは1800Hv(0.1)であった。   The piston ring was subjected to gas nitriding at 550 ° C. for 5 hours, and then the outer peripheral sliding surface was coated with a Cr—B—N film of 30 μm. The Vickers hardness was 1800 Hv (0.1).

(マスキング板の準備)
図10(a)に示す六角形状の開口部を、下表1に示す寸法で設けたマスキング板1〜7を準備した。なお、使用したマスキング板1〜7はS45C製であり、厚さは0.1mmある。また、マスキング板1〜7は、ピストンリングがピストンのリング溝に装着され、該ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、シリンダの中心軸と合口部の外周端部とを通る直線を基準線とした場合、中心軸を中心に基準線とのなす角が5°未満の範囲のバレル幅領域に対応する位置を除いて開口部が設けられている。
(Preparation of masking plate)
Masking plates 1 to 7 having hexagonal openings shown in FIG. 10A having the dimensions shown in Table 1 below were prepared. The used masking plates 1 to 7 are made of S45C and have a thickness of 0.1 mm. In the masking plates 1 to 7, the piston ring is mounted in the ring groove of the piston, and in a state where the piston is incorporated in the cylinder, a straight line passing through the center axis of the cylinder and the outer peripheral end of the joint portion is used as a reference line. In this case, the opening is provided except for the position corresponding to the barrel width region in which the angle formed with the reference line around the central axis is less than 5 °.

Figure 0005620794
Figure 0005620794

(凹部の形成)
(1)上記で準備した外周摺動面加工前のピストンリングをスペーサリングと交互に筒に抱かせ、マスキング板1をピストンリング外周に巻きつけたワークを用意した。次いで、マスキング板が動かないように固定する押さえリングをマスキング板の外周から巻きつけた。なお、スペーサリングと押さえリングの間にマスキング板がセットできるようにした。
(2)ワークをブラスト加工機のターンテーブルにセットし、マスキング板側から下記の加工条件にてブラスト加工を行い、凹部の形成を行った。
<加工条件>
研磨材:アルミナ
噴射圧力:0.1MPa
ワークの回転数:298rpm
ガンとワークの距離:40mm
ガンの上下送り速度:164mm/min
ガンの噴射口径:φ8mm
ガン往復回数:3往復
噴射時間:8min
(3)ターンテーブルからワークを取り外し、ついでマスキング板、凹部形成後のピストンリングを筒から取り外した。このマスキング板1を用いて凹部が形成されたピストンリングを実施例1のピストンリングとした。
(4)上記(1)〜(3)の作業をマスキング板2〜7についても同様に行った。マスキング板2〜4を用いて凹部が形成されたピストンリングを、それぞれ実施例2〜4のピストンリングとした。また、凹部の加工を行わなかったピストンリングを比較例1のピストンリングとした。また、マスキング板5〜7を用いて凹部が形成されたピストンリングを、それぞれ比較例2〜4のピストンリングとした。
(Formation of recesses)
(1) A workpiece was prepared in which the piston ring before processing the outer peripheral sliding surface prepared above was held in a cylinder alternately with the spacer ring, and the masking plate 1 was wound around the outer periphery of the piston ring. Next, a holding ring for fixing the masking plate so as not to move was wound around the outer periphery of the masking plate. A masking plate can be set between the spacer ring and the holding ring.
(2) The workpiece was set on a turntable of a blasting machine, and blasting was performed from the masking plate side under the following processing conditions to form a recess.
<Processing conditions>
Abrasive: Alumina injection pressure: 0.1 MPa
Work rotation speed: 298rpm
Distance between gun and workpiece: 40mm
Gun vertical feed speed: 164mm / min
Gun injection port diameter: φ8mm
Gun reciprocation frequency: 3 reciprocation injection time: 8 min
(3) The workpiece was removed from the turntable, and then the masking plate and the piston ring after forming the recess were removed from the cylinder. A piston ring having a recess formed using the masking plate 1 was used as the piston ring of Example 1.
(4) The above operations (1) to (3) were similarly performed on the masking plates 2 to 7. The piston rings in which the recesses were formed using the masking plates 2 to 4 were used as the piston rings of Examples 2 to 4, respectively. The piston ring in which the recess was not processed was used as the piston ring of Comparative Example 1. Moreover, the piston ring in which the recessed part was formed using the masking plates 5-7 was made into the piston ring of Comparative Examples 2-4, respectively.

実施例1〜4、比較例2、3のピストンリングは、バレル幅領域の軸方向幅の中心位置に凹部の中心が位置するように凹部が形成されており、形成された凹部の形状は六角形状であり、凹部軸方向長さは0.19mm、凹部周方向長さは0.16mm、凹部径方向長さは10μmであった。すなわち、実施例1〜4、比較例2、3のピストンリングは、バレル幅領域が凹部で貫通しないように(バレル幅領域のリング軸方向切断面の全てに凹部非形成領域が存在するように)凹部が形成されたピストンリングである。なお、凹部の寸法は、任意の凹部5個を測定し平均した値である。   In the piston rings of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 and 3, a recess is formed so that the center of the recess is positioned at the center position of the axial width of the barrel width region, and the shape of the formed recess is hexagon. The length of the concave portion in the axial direction was 0.19 mm, the length of the concave portion in the circumferential direction was 0.16 mm, and the length in the concave portion radial direction was 10 μm. That is, in the piston rings of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 and 3, the barrel width region is not penetrated by the concave portion (the concave portion non-forming region is present on all of the cutting surfaces in the ring axis direction of the barrel width region). ) A piston ring in which a recess is formed. In addition, the dimension of a recessed part is the value which measured and averaged five arbitrary recessed parts.

また、比較例4のピストンリングは、バレル幅領域の軸方向幅の中心位置に凹部の中心が位置するように凹部が形成されており、形成された凹部の形状は六角形状であり、凹部軸方向長さは1.30mm、凹部周方向長さは0.16mm、凹部径方向長さは10μmであった。すなわち、比較例4のピストンリングは、バレル幅領域が凹部で貫通するように凹部が形成されたピストンリングである。   Further, the piston ring of Comparative Example 4 is formed with a recess so that the center of the recess is positioned at the center position of the axial width of the barrel width region, and the shape of the formed recess is a hexagonal shape. The length in the direction was 1.30 mm, the length in the circumferential direction of the recess was 0.16 mm, and the length in the radial direction of the recess was 10 μm. That is, the piston ring of Comparative Example 4 is a piston ring in which a recess is formed so that the barrel width region penetrates through the recess.

(凹部非形成領域の面積率の測定)
凹部形成前のバレル幅領域の全面積を100%としたときの、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積率の測定を行った。なお、ピストンリングがピストンのリング溝に装着され、該ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、シリンダの中心軸と合口部の外周端部とを通る直線を基準線とした場合、中心軸を中心に基準線とのなす角が5°未満の範囲のバレル幅領域には凹部を形成しなかった。
(Measurement of area ratio of non-recessed area)
When the total area of the barrel width region before the formation of the recesses was taken as 100%, the area ratio of the non-recessed region where no recesses were formed in the barrel width region was measured. In addition, when the piston ring is mounted in the ring groove of the piston and the piston is incorporated in the cylinder, when the straight line passing through the center axis of the cylinder and the outer peripheral end of the joint is used as a reference line, the center axis is the center. No concave portion was formed in the barrel width region where the angle formed with the reference line was less than 5 °.

<測定結果>
凹部形成前のバレル幅領域の全面積を100%としたときの、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積率は、比較例2のピストンリングが90%、実施例1のピストンリングが85%、実施例2のピストンリングが80%、実施例3、比較例4のピストンリングが50%、実施例4のピストンリングが20%、比較例3のピストンリングが15%であった。なお、比較例1のピストンリング(凹部が形成されていないピストンリング)の面積率は100%である。
<Measurement results>
When the total area of the barrel width region before forming the recess is 100%, the area ratio of the non-recessed region where no recess is formed in the barrel width region is 90% for the piston ring of Comparative Example 2, and Example 1 The piston ring of Example 2 is 80%, the piston ring of Example 2 is 80%, the piston ring of Example 3 and Comparative Example 4 is 50%, the piston ring of Example 4 is 20%, and the piston ring of Comparative Example 3 is 15%. Met. In addition, the area ratio of the piston ring (piston ring in which the recessed part is not formed) of the comparative example 1 is 100%.

(実験1)
<往復動摩擦力の測定>
実施例1〜4、比較例1〜3のピストンリングの往復動摩擦力(N)を図11に示す装置を用いて測定した。往復動摩擦力の測定結果を図12に示す。図12においては、上記凹部が形成されていない従来品のピストンリング(比較例1のピストンリング(凹部非形成領域の面積率が100%))の摩擦力を1.00としたときの摩擦力比を示す。往復動摩擦力の測定時の回転数は700rpm、ピストンリング周辺温度は80℃であり、供給油はSAE粘度10W−30のものを用いた。
(Experiment 1)
<Measurement of reciprocating friction force>
The reciprocating frictional force (N) of the piston rings of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 was measured using the apparatus shown in FIG. The measurement result of the reciprocating friction force is shown in FIG. In FIG. 12, the frictional force when the frictional force of the conventional piston ring in which the concave portion is not formed (the piston ring of Comparative Example 1 (the area ratio of the concave portion non-forming region is 100%)) is 1.00. Indicates the ratio. The rotational speed at the time of measurement of the reciprocating frictional force was 700 rpm, the piston ring ambient temperature was 80 ° C., and the supply oil was SAE viscosity 10W-30.

(実験2)
<ブローバイガス試験>
実験1に引き続き、ピストンリングを実機に搭載しブローバイガス試験を行った。具体的には、排気量:3000cc、シリンダ数:4、シリンダ径:95.4mm、ストローク:104.9mmのディーゼルエンジンを用いた。また、回転数は3600rpmとし、水温は80℃とした。
(Experiment 2)
<Blow-by gas test>
Subsequent to Experiment 1, a blow-by gas test was conducted with the piston ring mounted on the actual machine. Specifically, a diesel engine having a displacement of 3000 cc, a cylinder number of 4, a cylinder diameter of 95.4 mm, and a stroke of 104.9 mm was used. The rotation speed was 3600 rpm, and the water temperature was 80 ° C.

ピストンリングは3本構成とし、第1圧力リングは実施例3、比較例4のピストンリング、第2圧力リングはテーパーアンダーカット形状リング、オイルリングはコイルエキスパンダーとオイルリング本体とからなる2ピースオイルリングを用いた。第1圧力リングとして実施例3、比較例4のピストンリングを用いた場合のブローバイガス測定結果を図13に示す。なお、図13は、上記凹部が形成されていない従来品のピストンリング(比較例1のピストンリング)のブローバイガス量を1としたときのブローバイガス量比を示す図である。   Three piston rings are used, the first pressure ring is the piston ring of Example 3 and Comparative Example 4, the second pressure ring is a tapered undercut ring, the oil ring is a two-piece oil consisting of a coil expander and an oil ring body. A ring was used. FIG. 13 shows the blowby gas measurement results when the piston rings of Example 3 and Comparative Example 4 are used as the first pressure ring. FIG. 13 is a diagram showing a blow-by gas amount ratio when the blow-by gas amount of a conventional piston ring (the piston ring of Comparative Example 1) in which the concave portion is not formed is 1.

図12から明らかなように、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を100%としたときの、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積率が20%〜85%の範囲外のピストンリングは、摩擦力の低減効果を発揮することができないことがわかる。   As is apparent from FIG. 12, when the total area of the barrel width region before forming the recess is 100%, the area ratio of the recess-free region where no recess is formed in the barrel width region is 20% to 85%. It can be seen that the piston ring outside the range cannot exert the effect of reducing the frictional force.

図13から明らかなように、バレル幅領域を貫通するように凹部が形成されている場合(バレル幅領域のリング軸方向切断面の全てに凹部非形成領域が存在していない場合)には、ブローバイガス量が多くなってしまうことがわかる。   As is clear from FIG. 13, when the concave portion is formed so as to penetrate the barrel width region (when the concave portion non-forming region does not exist in all of the cut surfaces in the ring axis direction of the barrel width region) It turns out that the amount of blow-by gas will increase.

実験1、実験2の結果から、バレル幅領域において凹部が形成されていない非形成領域4の面積が、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を100%としたときの20〜85%の範囲内であり、バレル幅領域のリング軸方向切断面のすべてに、凹部非形成領域が存在していることが好ましいことがわかる。   From the results of Experiment 1 and Experiment 2, the area of the non-formed region 4 in which no recess is formed in the barrel width region is in the range of 20 to 85% when the total area of the barrel width region before forming the recess is 100%. It can be seen that it is preferable that a recess non-formation region exists in all of the cut surfaces in the ring axis direction of the barrel width region.

なお、本発明は上記実施例には限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施例においては、凹部の形成にあたりブラスト加工法を用いたが、これに限定されることはなく、腐食溶液を用いる方法で行ってもよい。また、上記実施例においてはマスキング板を用いたが、これに限定されることはなく、樹脂からなるマスキングシート等を用いてもよい。   Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the blasting method is used for forming the recess, but the method is not limited to this, and a method using a corrosive solution may be used. Moreover, although the masking board was used in the said Example, it is not limited to this, You may use the masking sheet etc. which consist of resin.

2…合口部
3…凹部
4…凹部非形成領域
10…ピストンリング
100…バレル幅領域
200…外周摺動面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Joint part 3 ... Recess 4

Claims (4)

ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面と摺動する内燃機関用ピストンリングであって、
ピストンリングの外周摺動面のうち、ピストンリングのバレル幅領域には、微小な凹部が複数形成されており、
前記バレル幅領域において前記凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積が、前記凹部形成前のバレル幅領域の全面積を100%としたときの20〜85%の範囲内であり、
前記バレル幅領域の軸方向切断面のすべてには、前記凹部非形成領域が存在しており、
前記ピストンリングが前記ピストンのリング溝に装着され、該ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、
前記シリンダの中心軸と合口部の外周端部とを通る直線を基準線とした場合、前記中心軸を中心に前記基準線とのなす角が1°未満の範囲の前記バレル幅領域には、前記凹部が形成されていないことを特徴とするピストンリング。
A piston ring for an internal combustion engine that is mounted in a ring groove of a piston and slides with a cylinder liner or an inner wall surface of the cylinder,
Of the outer peripheral sliding surface of the piston ring, a plurality of minute recesses are formed in the barrel width region of the piston ring,
In the barrel width region, the area of the recess non-formation region where the recess is not formed is in a range of 20 to 85% when the total area of the barrel width region before the recess formation is 100%,
In all of the axial cut surfaces of the barrel width region, the concave portion non-formation region exists ,
In a state where the piston ring is mounted in the ring groove of the piston and the piston is incorporated in the cylinder,
When a straight line passing through the center axis of the cylinder and the outer peripheral end of the joint portion is used as a reference line, the barrel width region having an angle of less than 1 ° with the reference line around the center axis is The piston ring, wherein the recess is not formed .
前記凹部非形成領域には、硬質皮膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のピストンリング。  The piston ring according to claim 1, wherein a hard coating is formed in the non-recessed region. 前記外周摺動面の軸方向下端部にまたがらないように、前記凹部が形成されていること特徴とする請求項1又は2に記載のピストンリング。  The piston ring according to claim 1 or 2, wherein the concave portion is formed so as not to straddle the lower end portion in the axial direction of the outer peripheral sliding surface. 前記ピストンリングの下端部が面取りされている場合において、面取りされている部分にまたがらないように、前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項3に記載のピストンリング。  4. The piston ring according to claim 3, wherein when the lower end portion of the piston ring is chamfered, the recess is formed so as not to straddle the chamfered portion.
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